一天，我在超市閑逛盡管邊肖不擅長烹飪，她仍然被各式各樣的厚牛排和羊腿所吸引新鮮的紅色讓人們看著隔壁的鮭魚它是紅色，西瓜紅，暖橙色，淺粉色...很多漂亮的紅色那種色彩傳遞的新鮮感真的讓人有食欲不，我突然想到一個問題為什么鮮肉是紅色的

圖1牛肉片攝影

說到顏色，先說邊肖擅長的可見光光譜人之所以能感知顏色，是因為視覺細胞受到可見光范圍內(nèi)電磁波的刺激物體的顏色是由其反射光譜決定的，反射光譜與物質(zhì)本身的物理性質(zhì)和表面結(jié)構(gòu)有關(guān)

圖2電磁波

先說最基本的元素，特點，色彩以眾所周知的火焰顏色實驗為例當(dāng)一些簡單的金屬或它們的化合物燃燒時，火焰會有特有的顏色原理是在燃燒過程中，原子中的電子吸收能量，會從能量較低的軌道跳到能量較高的軌道伴隨著時間的推移，電子會回到能量較低的軌道，這個過程會釋放光子

圖3金屬元素的火焰反應(yīng)

圖4從激發(fā)態(tài)到基態(tài)的輻射光子

釋放光子的波長與原子軌道能級差的關(guān)系為E = H ν = HC/λ，其中H，ν，C分別為普朗克常數(shù)，頻率，光速不同元素中電子軌道的能級不同，所以元素有一系列特征譜線如果一個光子的波長落在可見光范圍內(nèi)，它就能被人眼感知以金屬Na為例，其特征光譜來自電子在可見光波段3p軌道和3s軌道之間的躍遷由于其結(jié)構(gòu)精細，光譜中有雙線，波長分別為589.0 nm和589.6 nm，都在黃色波段，所以在Na元素的火焰反應(yīng)中我們可以看到明亮的黃色火焰

圖5肌紅蛋白的結(jié)構(gòu)

當(dāng)肌紅蛋白不與氧結(jié)合時，鐵為正二價，每個亞鐵離子與五個氮原子配位形成金字塔結(jié)構(gòu)的基團五個氮原子中有四個來自吡咯環(huán)，一個來自多肽鏈中的組氨酸但與氧結(jié)合后，鐵的價態(tài)有爭議，可能有二價和三價兩種此時鐵離子不僅與氮配位，還直接與氧分子結(jié)合形成基團，具有八面體結(jié)構(gòu)

無氧條件下，肌紅蛋白中Fe2+離子的電子排布為1s22s22p63s23p63d6一般來說，3d電子對Fe2+離子的物理化學(xué)性質(zhì)影響最明顯3d軌道可以細分為五個軌道:dxy，dxz，dyz，dx2—y2和dz2在孤立的Fe2+離子中，這五個軌道具有相同的能量，但電子云的形狀或取向不同，如圖6所示

圖6三維軌道上的電子云

當(dāng)Fe2+離子與五個氮原子配位時，3d軌道電子云與氮原子的相互作用使得五個軌道的能量不同，從低到高依次為dxz/dyz，dxy，dz2，dx2—y2，如圖7左圖所示圖中橫線代表電子軌道，其高度代表軌道能量每個箭頭代表一個電子，它們的方向代表電子的自旋方向圖7左圖中無氧Fe2+離子的電子構(gòu)型僅顯示高自旋態(tài)，實際無氧肌紅蛋白具有各種電子構(gòu)型

圖7肌紅蛋白鐵配位基的電子構(gòu)型。

在另一種情況下，氧分子進入肌紅蛋白首先，對于氧分子，來自不同氧原子的2p軌道的電子之間會形成σ/σ *鍵和π/π *鍵，電子按照σ，π，π *和σ *鍵的順序填充填充的結(jié)果是σ鍵和π鍵被填充，σ *鍵沒有被電子占據(jù)，π *鍵只填充了一半當(dāng)肌紅蛋白與氧結(jié)合時，鐵離子與氧原子結(jié)合，此時O—O鍵中π *鍵上的兩個電子會與鐵離子的3d電子結(jié)合，即與dz2軌道形成σ/σ *鍵，與dyz軌道形成π/π *鍵成鍵后，鐵離子的3d軌道和Fe—O鍵軌道形成一個共同的Fe—O2能級系統(tǒng)，系統(tǒng)中電子軌道的能級如圖7中間所示圖中的電子組態(tài)只顯示了低自旋的情況，實際Fe—O2體系中的電子也有各種排列

現(xiàn)在我們討論與肌紅蛋白顏色有關(guān)的電子躍遷發(fā)現(xiàn)無論在無氧Fe2+離子群還是Fe—O2體系中，電子都可以在圖7所示的軌道之間躍遷，躍遷過程可以吸收可見光但是，它們的能級不同，導(dǎo)致它們的吸收光譜不同圖8顯示了含有氧，氧，鐵和一氧化氮的肌紅蛋白的吸收光譜氧化肌球蛋白能明顯吸收波長小于600 nm的光，導(dǎo)致其反射光，即外觀呈紅色相比較而言，無氧肌紅蛋白對小于550 nm波長的光的吸收減弱，對600—700 nm波長范圍內(nèi)的光的吸收強于有氧肌紅蛋白，導(dǎo)致外觀呈紫紅色因為肌紅蛋白攜帶的氧含量在活體動物中是充足的，所以肌肉呈鮮紅色而送到超市的鮮肉是脫離母體供氧的，肌紅蛋白釋放氧氣使其暫時呈紫色長時間放置在空氣中，肉表面的厭氧肌紅蛋白會與空氣中的氧氣再次結(jié)合，形成氧合肌紅蛋白，呈鮮紅色，但肉內(nèi)部仍處于缺氧狀態(tài)，呈紫紅色當(dāng)它被過度氧化時，比如做成臘肉，肌紅蛋白就會轉(zhuǎn)化成高鐵肌紅蛋白，呈現(xiàn)棕褐色有些商家在腌制時，為了保持肉的紅色，會添加一定量的亞硝酸鹽亞硝酸鹽氧化還原反應(yīng)后，部分亞硝酸鹽會轉(zhuǎn)化為一氧化氮，一氧化氮會與肌紅蛋白結(jié)合形成一氧化氮肌紅蛋白它的吸收光譜和氧合肌紅蛋白相似，所以肉是紅色的但亞硝酸鹽對人體有害，國家對其添加有嚴格限制

圖8肌紅蛋白的吸收光譜

說了這么久，我又回到了隔壁那家俗氣的三文魚當(dāng)肌紅蛋白在肉類中的比例發(fā)生變化時，在宏觀上就會呈現(xiàn)出不同的紅色在不同種類的魚被做成刺身之前，會有一些健身的伸手魚上躥下跳，比如絳月魚，金槍魚等，看起來很像牛肉還有一些魚悠閑地平躺在海底，比如粉腹黃尾哦，對了，還有好看的橙色三文魚，可以捕食小型甲殼類動物獲取蝦青素，并儲存在自己的肌肉紅細胞中，然后將肉的微紅顏色變成橙色不同的生活環(huán)境，習(xí)慣等因素導(dǎo)致動物體內(nèi)肌紅蛋白含量不同，進而表現(xiàn)出不同的肉色這和國畫中顏料的配色很像當(dāng)白色與不同比例的紅色混合時，可以調(diào)出乳白色，淺粉色，深粉色，玫紅到正紅的過渡

圖9快速游動的月魚

圖10黃絲帶刺身和三文魚刺身

圖11國畫顏料的配色

最后，朋友們，多做運動，我們的肉就會變色。

參考

肌紅蛋白中血紅素復(fù)合物的電子結(jié)構(gòu)和配位幾何化學(xué)物理雜志，1978，68: 1913—1925

肉中發(fā)現(xiàn)的各種肌紅蛋白衍生物的吸收光譜的一些觀察肉類科學(xué)，1996，42: 277—288

來自薩爾茨堡魚的新浪微博

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